一种在线监测水中细菌浓度的计数器的制作方法

本实用新型涉及一种细菌浓度的计数技术，尤其是一种在线监测水中细菌浓度的计数器。

背景技术：

目前国内水质监测系统只能对有限数量的无机物和有机物进行监测，然而没有一款传感器可以在线监测水中的细菌微生物。首先饮用水细菌超标轻则引起肠胃性疾病，重则可致人死亡，其次饮用水中的细菌微生物对公共医疗卫生领域有着重要的影响，比如餐饮、医药、微生物发酵、国防安全等，细菌浓度超标可能直接导致研发失败、产品不合格等。

国家卫生部在GB5749～2006《生活饮用水标准》中明确规定了饮用水6项微生物指标同时还在GB4789～2010《食品安全国家标准～食品微生物学检验》中规定了食品微生物指标以及检测方法，现行国家标准中的细菌检测方法主要为平板计数法，其检测流程主要包括无菌采样、稀释培养、平板计数，其中样品需要在无菌环境下培养24～48小时，整个检测过程繁琐、耗时长，检测结果滞后，需要多种专业仪器和耗材。

随着日益严峻的饮水安全问题与更严格的检测标准，传统的检测方法已经无法满足当前的监测需求。可用于在线监测水中细菌浓度的细菌计数器无需采样培养，无需人工参与，细菌计数器按照单片机设定程序自动采样并进行检测，并将检测结果给在线监测服务器。通过此细菌计数器，可以实时在线监测水中细菌的浓度，并及时预警，一旦发现有异常情况，可以第一时间找到污染源并阻断污染。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的主要目的是提供一种在线监测水中细菌浓度的计数器。

本实用新型采用的技术方案是：

一种在线监测水中细菌浓度的计数器，包括压力泵、储水瓶、液体进样装置、储油瓶、PCB集成电路、激光光源、微滴芯片、真空光倍管、组合透镜一、组合透镜二、双色分光镜以及废液瓶，所述压力泵分别连接储水瓶和储油瓶，所述储水瓶和储油瓶分别通过水流量计和矿物油流量计连接所述PCB集成电路和所述微滴芯片，所述PCB集成电路分别连接激光光源和真空光倍管，所述激光光源诱导细菌发射荧光，由所述组合透镜一和组合透镜二汇聚该荧光并滤除荧光之外的其他光源，由所述真空光倍管探测细菌发射的荧光，并将该荧光转换成电信号反聩给所述PCB集成电路，所述双色分光镜设置在组合透镜一与组合透镜二之间，用于在一个方向上反射激光、透过荧光，所述微滴芯片的末端连接废液瓶。

优选的，所述微滴芯片固定在微滴芯片夹具上，用于将连续流动的水转变成离散的微型水滴。

优选的，所述PCB集成电路包括无线通信单元、单片机、信号采集单元、信号处理单元以及脉冲计数单元，所述单片机内设置有系统控制单元、数据运算单元、数据存储单元以及数据输出单元，所述数据储存单元连接数据输出单元，所述无线通信单元连接数据输出单元，用于与无线通信设备的通信，所述系统控制单元连接信号采集单元，该信号采集单元连接信号处理单元，信号处理单元连接脉冲计数单元，所述脉冲计数单元连接所述数据存储单元和数据运算单元，所述系统控制单元一方面控制液体进样装置从监测点抽取100mL水样注入储水瓶，另一方面触发压力泵、激光光源、矿物油流量计、水流量计、真空光倍管，使这些设备处于激活状态，所述压力泵在接收到系统控制单元触发信号后分别以500nL/min～1000nL/min与3000nL/min～4000nL/min的流速将储水瓶中的水与储油瓶中的矿物油压入微滴芯片，并在微滴芯片油水交汇处形成直径为10μm～50μm的油包水型微型水滴，从激光光源发出的激光被双色分光镜直角反射，然后被组合透镜二汇聚，汇聚后的激光照射流经检测区内的微型水滴，微型水滴内的细菌细胞被激光诱导发射荧光，细菌荧光散射向各个方向，首先荧光被组合透镜二准直，再透过双色分光镜，最终被组合透镜一汇聚后导入真空光倍管，真空光倍管将荧光转换成电信号，从细菌细胞开始进入激光光斑到完全离开激光光斑，细菌被诱导连续发射荧光且其强度表现为一个光脉冲，真空光倍管将该荧光脉冲转换成一个电脉冲信号，该电脉冲信号经过信号采集单元、信号处理单元处理后被输入脉冲计数单元。

优选的，所述真空光倍管内设置有光电转换探头与电子流真空倍增器。

优选的，所述微滴芯片采用熔融石英玻璃，该微滴芯片为聚焦型微滴芯片，其内刻蚀有直径为20μm～200μm的微流管道，所述微流管道壁涂有疏水层，所述微滴芯片底部涂有荧光反射涂层，可将散射向底部的荧光反射向真空光倍管一侧。

优选的，所述激光光源采用340nm～380nm波段之间的激光作为诱导光源。

优选的，所述荧光为450nm～550nm波段之间的荧光。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1)可以实时在线监测水中细菌的浓度，无需人工参与，无需对样品进行培养，细菌计数器根据系统设定程序自动采样、进液并快速检测，随检随出结果，检测结果不滞后，检测结果实时上传监测服务器，可供监测监督部门下载和阅览，同时设立细菌浓度超标自动报警功能，及时通知监管部门采取应对措施。

2)相比传统检测方法，该细菌计数器通过直接计数的方式计算细菌细胞的数目，从而检测极限与灵敏度可达1个细菌细胞，其次整个检测过程都在封闭环境下自动进行，检测过程不易受人为或者外围环境因素的影响，检测结果更精准。

3)该细菌计数器可用于在线监测细菌浓度，免去人工采样、运输、培养等环节，且该细菌计数器需要的耗材仅有矿物油，该矿物油还可以回收重复使用，从而大幅降低监测成本。

附图说明

图1是本实用新型的原理示意图；

图2是图1的俯瞰图；

图3是图1中微滴芯片局部放大图。

其中，各个部件的名称及标注如下：

1、压力泵；2、储水瓶；3、液体进样装置；4、储油瓶；5、矿物油流量计；6、水流量计；7、PCB集成电路；8、激光光源；9、微滴芯片；10、真空光倍管；11、组合透镜一；12、双色分光镜；13、组合透镜二；14、废液瓶。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

参照图1至图3，本实用新型公开了一种在线监测水中细菌浓度的计数器，包括压力泵1、储水瓶2、液体进样装置3、储油瓶4、PCB集成电路7、激光光源8、微滴芯片9、真空光倍管10、组合透镜一11、组合透镜二13、双色分光镜12以及废液瓶14，所述压力泵1分别连接储水瓶2和储油瓶4，所述储水瓶2和储油瓶4分别通过水流量计6和矿物油流量计5连接所述PCB集成电路7和所述微滴芯片9，所述PCB集成电路7分别连接激光光源8和真空光倍管10，所述激光光源8以采用340nm～380nm波段之间光源诱导细菌发射450nm～550nm波段之间的荧光，由所述组合透镜一11和组合透镜二13汇聚该荧光并滤除荧光之外的其他光源，由所述真空光倍管10探测细菌发射的荧光，并将该荧光转换成电信号反聩给所述PCB集成电路7，所述双色分光镜12设置在组合透镜一11与组合透镜二13之间，用于在一个方向上反射激光、透过荧光，所述微滴芯片9的末端连接废液瓶。所述微滴芯片9固定在微滴芯片夹具上，所述微滴芯片9采用熔融石英玻璃，该微滴芯片9为聚焦型微滴芯片，其内刻蚀有直径为20μm～200μm的微流管道，所述微流管道壁涂有疏水层，所述微滴芯片底部涂有荧光反射涂层，可将散射向底部的荧光反射向真空光倍管10一侧，用于将连续流动的水转变成离散的微型水滴，

所述PCB集成电路7包括无线通信单元、单片机、信号采集单元、信号处理单元以及脉冲计数单元，所述单片机内设置有系统控制单元、数据运算单元、数据存储单元以及数据输出单元，所述数据储存单元连接数据输出单元，所述无线通信单元连接数据输出单元，用于与无线通信设备的通信，所述系统控制单元连接信号采集单元，该信号采集单元连接信号处理单元，信号处理单元连接脉冲计数单元，所述脉冲计数单元连接所述数据存储单元和数据运算单元，所述系统控制单元一方面控制液体进样装置3从监测点抽取100mL水样注入储水瓶2，另一方面触发压力泵1、激光光源8、矿物油流量计5、水流量计6、真空光倍管10，使这些设备处于激活状态，所述压力泵1在接收到系统控制单元触发信号后分别以500nL/min～1000nL/min与3000nL/min～4000nL/min的流速将储水瓶2中的水与储油瓶4中的矿物油压入微滴芯片9，并在微滴芯片9油水交汇处形成直径为10μm～50μm的油包水型微型水滴，从激光光源8发出的激光被双色分光镜12直角反射，然后被组合透镜二13汇聚，汇聚后的激光照射流经检测区内的微型水滴，微型水滴内的细菌细胞被激光诱导发射荧光，细菌荧光散射向各个方向，首先荧光被组合透镜二13准直，再透过双色分光镜12，最终被组合透镜一11汇聚后导入真空光倍管10，真空光倍管10将荧光转换成电信号，从细菌细胞开始进入激光光斑到完全离开激光光斑，细菌被诱导连续发射荧光且其强度表现为一个光脉冲，真空光倍管10将该荧光脉冲转换成一个电脉冲信号，该电脉冲信号经过信号采集单元、信号处理单元处理后被输入脉冲计数单元。

本实用新型还提供了一种细菌浓度的计数方法，包括如下步骤：先将压力泵1、液体进样装置3、矿物油流量计5、水流量计6、激光光源8、真空光倍管通过控制线缆连接到PCB集成电路7，PCB集成电路7中系统控制单元一方面控制液体进样装置3从监测点抽取100mL水样注入储水瓶2，另一方面触发压力泵1、激光光源8、矿物油流量计5、水流量计6、真空光倍管10，使这些设备处于激活状态，所述压力泵1在接收到系统控制单元触发信号后分别以500nL/min～1000nL/min与3000nL/min～4000nL/min的流速将储水瓶2中的水与储油瓶4中的矿物油压入微滴芯片9，并在微滴芯片9油水交汇处形成直径为10μm～50μm的油包水型微型水滴，从激光光源8发出的激光被双色分光镜12直角反射，然后被组合透镜二13汇聚，汇聚后的激光照射流经检测区内的微型水滴，微型水滴内的细菌细胞被激光诱导发射荧光，细菌荧光散射向各个方向，首先荧光被组合透镜二13准直，再透过双色分光镜12，最终被组合透镜一11汇聚后导入真空光倍管10，真空光倍管10将荧光转换成电信号，从细菌细胞开始进入激光光斑到完全离开激光光斑，细菌被诱导连续发射荧光且其强度表现为一个光脉冲，真空光倍管10将该荧光脉冲转换成一个电脉冲信号，该电脉冲信号经过信号采集单元、信号处理单元处理后被输入脉冲计数单元。所述脉冲计数单元是二进制加法计数器，计数器由基本的计数单元和控制门单元所组成，计数单元则由具有存储信息功能的触发器构成，每一个经过处理后的电脉冲信号触发计数器，使其计数单元在原有二进制数字的基础上增加一，并且保持该数字直到下一个电脉冲信号，在一个监测周期内，计数器累加接受到的电脉冲数量。所述脉冲计数单元将电脉冲总数以二进制的形式传输给PCB集成电路7中的单片机，同时将计数器进行清零，单片机从水流量计获得监测周期内流过微滴芯片9水的体积，并且根据获得的总脉冲数量计算出单位水体积内细菌细胞的浓度，然后该结果被保存以及输出给PCB集成电路7中的无线通信单元，该无线通信单元通过无线通信网络将检测结果上传至在线监测服务器。

以上对本实用新型实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。